JP2009135546A - 半導体装置の製造方法および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置の製造方法は、複数枚の半導体ウエハ1を処理室4内に搬入する工程と、処理室4内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の処理室4内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して複数枚の半導体ウエハ1を酸化処理する工程と、酸化処理後の複数枚の半導体ウエハ1を処理室4内より搬出する工程と、を有し、酸化処理する工程では、水素含有ガスを、処理室4内の複数枚の半導体ウエハ1が配列される基板配列領域に対応する領域における複数箇所から供給する。
【選択図】図12
Description
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域における複数箇所から供給することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱源と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を保持する保持具と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインと、
前記処理室内の前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域における複数箇所から前記処理室内に前記水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、
前記処理室内に供給されたガスを排気する排気ラインと、
前記処理室内の圧力制御を行う圧力制御装置と、
前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の前記処理室内に前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理するように前記圧力制御装置、前記加熱源、前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御する制御装置と、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
真空排気ポンプ3を介して減圧雰囲気とした反応室4に、それぞれ独立した、酸素供給ライン7と、水素供給ノズル8が接続されており、酸素ガスと水素ガスとが、反応室4に供給される前に混合されることがなく、加熱源5により加熱された雰囲気内にて、活性な水素と酸素の反応が起こるため、酸化初期における酸化速度を大きくすることが出来る。
反応室4の天井壁31に、酸素供給ライン7とは独立した水素供給ライン8が接続されている点は実施例2と同様である。実施例2と異なるのは、水素供給ライン8とは独立した水素供給ライン91、92、93が、反応室4内を反応管21の側壁32の内壁に沿って立ち上がる長さの異なる複数(多系統)のノズル101、102、103にそれぞれ接続されている点である。具体的には、水素供給ライン91、92、93は、ウエハ配列方向に対し長さが異なる、水素供給ノズル101、102、103にそれぞれ接続されており、ウエハ配列方向(垂直方向)の反応室4内の水素濃度を調節することが可能となっている。なお、それぞれのノズルの先端は開放されており、この開放部がガス噴出口となっている。このガス噴出口は反応室4上方を向いており、ウエハ1の方向を向いていないが、実施例2のようにウエハの方向を向く(ウエハ1と対向する)ようにしてもよい。
反応室4に、酸素供給ライン7とは独立した水素供給ライン8が接続され、水素供給ライン8とは別に、酸化反応にて消費され、下流で欠乏した水素ガスを補うために、水素供給ライン91、92、93およびノズル101、102、103が設けられている点は実施例3と同様である。実施例3と異なるのは、酸素供給ライン7、水素供給ライン8、水素供給ライン91、92、93のそれぞれに、流量の調整が可能なマスフローコントローラ(流量制御装置)12がそれぞれ設置されている点である。これにより、それぞれの供給ラインに流れる酸素流量、水素流量を調節することができ、反応室内の水素濃度を細かく制御することが可能となっている。
反応室4に、酸素供給ライン7とは独立した水素供給ライン8が接続されている点は実施例2と同様である。実施例2と異なるのは、水素供給ライン8とは独立して設けられた反応室内の水素濃度調整用の途中供給ノズルである水素供給ライン91、92、93の代わりに、多孔ノズル13を設けた点である。この多孔ノズル13は、ノズル先端が封止されており、且つノズル側面方向に少なくとも2個以上の小孔131を有しており、複数の水素ラインを用いることなく、反応室内の水素濃度を制御することが可能となっている。多孔ノズル13の側面には、直径すなわち開口面積が異なる少なくとも2種類以上の小孔131を設けるようにしてもよい。すなわち小孔の孔径が、少なくとも二種類以上設置されていてもよい。これにより、それぞれの小孔より流出する水素流量を細かく制御することが可能となる。なお、本実施例では、後述する理由により、多孔ノズル13のガス噴出口を形成する小孔131は、ウエハ側ではなく、反応管21の側壁32の内壁側と対向するように設けられており、途中供給する水素が反応管21の側壁32の内壁に向かって供給されるようになっている。
実施例6は、実施例1〜5とは反応室4内におけるガス流方向が異なる実施例である。実施例1〜5の場合、反応室4内においてガスは基本的には上方から下方に向かって流れるが、本実施例の場合、反応室4内においてガスは下方から上方に向かって流れる。酸素供給ライン7と水素供給ライン8は、反応管21の下部の側壁32を貫通して水平に設けられている酸素供給ノズル71と水素供給ノズル81にぞれぞれ接続されている。酸素供給ノズル71と水素供給ノズル81のガス噴出口は水平方向を向いている。反応室4の構成において、アウターチューブ(反応管)21内にインナーチューブ14を有しており、これを介して反応室4内が区分けされており、反応ガスである酸素と水素が、酸素供給ノズル71および水素供給ノズル81によりそれぞれ反応室下部よりインナーチューブ14の内側に供給され、途中供給用の水素供給ノズルもインナーチューブ14の内側に垂直に立ちあがっており、反応後のガスや未反応のガスは、インナーチューブ14の外側(インナーチューブ14とアウターチューブ21との間の空間)を通り、排気ライン23、真空ポンプ3を介して排気される構造となっている。
実施例7は、水素含有ガス供給ラインとしてのH2ガスラインを多数本(多系統)にし、かつそれぞれのガスラインのH2流量を異ならせ最適化することによりウエハ間膜厚均一性を向上させるものである。この基板処理装置は縦型炉と呼ばれるものであり、基板に対する減圧酸化処理を行う反応炉20と、反応炉下方のウエハを移載する移載室35から構成されている。酸化処理をする際には複数枚のウエハ1を装填したボート2を移載室35から反応炉20へと入炉する方式をとる。図7は移載室35内でボート2にウエハ1を装填した状態を示している。また、図8はウエハ1を装填したボート2を反応炉20にロードした状態を示している。反応炉20の構成は、実施例6と同様となっており、反応室4内においてガスは下方から上方に向かって流れる。なお、ボート2が移載室35内にある間は、反応室4下部の炉口フランジ33の下端の開口は、炉口ゲートバルブ34によって閉塞されている。
実施例8は、実施例7の基板処理装置を用いて行った実験結果に関する。
図10は、処理(成膜)圧力変更に伴うボート上各ポジションでのウエハ膜厚分布を示すものである。O2は1系統(O2ノズル71)のみで流量は2500cc一定とした。H2は3系統(H2ノズル81、102、101)で流量は短/中/長=240/145/135ccとした。図10より、処理圧力は35Pa以下の範囲内の圧力とすることが好ましいことが分かる。また、圧力を高くするほどウエハ間の膜厚分布は悪くなっていくことも分かる。これより、処理圧力によっても、H2ノズル流量およびその系統数を最適化することが好ましいと言える。
実施例9は、実施例7の基板処理装置を用いて行った実験結果に関する。
図11は、処理(成膜)温度変更に伴うボート上各ポジションでのウエハ膜厚分布を示すものである。O2は1系統(O2ノズル71)のみで流量は2500cc一定とした。H2も1系統(H2ノズル81)のみで流量は240ccとした。図10より、処理温度は、700℃以下の範囲内の温度とすることが好ましいことが分かる。また、低温にする程その膜厚分布が改善され、高温にするほど膜厚分布が悪化するのが分かる。これより上記実施例8同様、処理温度によってもH2ノズル流量およびその系統数を最適化することが好ましいと言える。
なお、本実施例9においては、700℃以下でボート上各ポジションでのウエハ膜厚均一性が良くなっているが、これは、H2の供給をH2ノズル81のみで行っておりH2ノズル101、102による炉内の流量調整が実施されていないことによる結果である。本プロセス、すなわち減圧雰囲気とした反応室内にO2とH2を導入するプロセスでは、H2がガス上流にて消費されるために、下流にてH2のガス不足が発生するが、処理温度が低い程、上流でのH2の消費量が減るので、下流側でのガス不足が起こりにくくなる。この結果として、700℃以下ではボート上各ポジションでのウエハ膜厚均一性が良くなり、ノズルの流量調整が簡単になる。また、本実施例では、SiO2ダミーウエハを入れているが、SiO2ダミーウエハをSi基板とすると、H2消費量が大きく変動することとなり、低温であっても、H2ノズル101、102による炉内の流量調整が必要となる。
(1)途中で消費され欠乏したH2を補給できる。
(2)基板配列領域に直接H2を供給でき、途中段階で水(H2O)が生成され難くなる。(上流1箇所からH2を大量に流すようにすると途中段階で水(H2O)が生成され易くなる。)
(3)O2にH2をぶつけることができ、イオン等の反応種が生成され易くなる。
その結果、本発明は、半導体シリコンウエハを用いる半導体装置の製造方法およびそのために好適に使用される基板処理装置に特に好適に利用できる。
2 ボート(保持具)
3 真空ポンプ
4 反応室(処理室)
5 加熱ヒータ(加熱源)
6 電磁バルブ
7 酸素供給ライン
8,9 水素供給ライン
12 マスフローコントローラ
13 多孔ノズル
14 インナーチューブ
20 反応炉
21 反応管
22 シールキャップ
23 排気ライン
24 制御手段
25 断熱キャップ
26 回転軸
27 回転機構
31 天井壁
32 側壁
33 炉口フランジ
34 炉口ゲートバルブ
36 排気管
37 圧力制御手段
41 酸素供給源
42 水素供給源
43 バッファ室
44 シャワー板
51 シリコン基板
52 パッドシリコン酸化膜
53 Si3N4膜
54,56 酸化膜
55,57 ノンドープポリシリコン膜
58,59 酸化膜
71 酸素供給ノズル
72 酸素供給管
81 水素供給ノズル
82 水素供給管
91,92,93,94 水素供給ライン
101,102,103,104 ノズル
111,112,113,114 ガス噴出口
131 小孔
211 内壁
541,542,543 酸化膜
581,582,583 酸化膜
601 底面
602 側面
A,B,C,D,E 膜厚
Claims (15)
- 複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域における複数箇所から供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記酸化処理する工程では、前記各供給箇所から供給する前記水素含有ガスの流量をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素含有ガスは、長さの異なる複数本の独立したノズルを介して供給されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素含有ガスは、側面に少なくとも2つ以上の孔が設けられた多孔ノズルを介して供給されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素含有ガスが、酸素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが、水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板の表面は、異なる結晶方位面を有するか、CVDによる多結晶シリコン、またはシリコン窒化物を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素含有ガスの流量を前記水素含有ガスの流量よりも大きくすることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化処理する工程では、処理温度を500〜1000℃、処理圧力を1〜1000Paとすることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱源と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を保持する保持具と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインと、
前記処理室内の前記複数枚の基板が配列される基板配列領域に対応する領域における複数箇所から前記処理室内に前記水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、
前記処理室内に供給されたガスを排気する排気ラインと、
前記処理室内の圧力制御を行う圧力制御装置と、
前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、加熱された状態の前記処理室内に前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理するように前記圧力制御装置、前記加熱源、前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御する制御装置と、
を有することを特徴とする基板処理装置。 - 前記水素含有ガス供給ラインは、複数の独立した供給ラインを含み、
前記各供給ラインにはそれぞれマスフローコントローラが設けられ、
前記制御装置はさらに、前記複数箇所から供給する前記水素含有ガスの流量をそれぞれ異ならせるよう前記各マスフローコントローラを制御するように構成されることを特徴とする請求項9記載の基板処理装置。 - 前記水素含有ガス供給ラインは、長さの異なる複数本の独立したノズルを含むことを特徴とする請求項9記載の基板処理装置。
- 前記水素含有ガス供給ラインは、側面に少なくとも2つ以上の孔が設けられた多孔ノズルを含むことを特徴とする請求項9記載の基板処理装置。
- 前記酸素含有ガスが、酸素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが、水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであることを特徴とする請求項9記載の基板処理装置。
- 前記制御装置はさらに、前記酸素含有ガスの流量を前記水素含有ガスの流量よりも大きくするよう前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御するように構成されることを特徴とする請求項9記載の基板処理装置。
- 前記制御装置はさらに、処理温度を500〜1000℃、処理圧力を1〜1000Paとするよう前記加熱源および前記圧力制御装置を制御するように構成されることを特徴とする請求項9記載の基板処理装置。
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